太阳能的热利用

传热学研究报告

主题：太阳能集热系统分析

组员及分工：

颜俏11223056 查阅资料及撰写论文

戴俏波11223064 查阅资料及撰写论文

张灏峻11223088 查阅资料及制作ppt

太阳能集热系统

颜俏（11223056）戴俏波（11223064）张灏峻（11223088）

摘要：人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳能热利用是指将太阳辐射直接转换为热能供人类使用，它是目前在理论和实践研究中比较成熟，应用最广的一种太阳能利用模式。文章主要分为两大部分，一是对现阶段研究较成熟、应用较广的太阳能的热利用技术进行介绍，二是介绍一种高效能的太阳能集热及多级加热系统。

关键词：太阳能；热利用；集热系统；多级加热

0引言

能源是发展科学技术、工业、农业、国防和提高人民生活水平的重要物质基础，也是发展经济的首要问题。开发和利用能源，对社会发展和国民经济有着很重要的意义。世界消耗的能量大多来自化石能源燃料，但化石能源资源非常有限，只能维持几十年。此外，燃烧石能源燃料时会产生大量的C02，引起温室效应，对生态环境造成严重的破坏。在环境保护和可持续发展的倡导下，国际社会正在积极探索新能源的开发利用。太阳能集热器吸收太阳辐射同时将产生的热量传递给传热工质。它的效率决定了太阳能热利用的效率，是组成太阳能热利用系统的主要部分，在整个太阳能热利用系统中起到关键作用。目前常用的太阳集热器有平板集热器、真空管集热器、槽式集热器和碟式集热器。1 太阳能

太阳能一般是指太阳光的辐射能量，在

现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。

2 太阳能利用技术

2.1太阳能热水器

阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第

二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热

量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的水便轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃

管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的，如图1所示。

图1 太阳能热水器

2.2平板集热器

2.2.1结构

平板型太阳能一般由吸热板、玻璃盖板、保温层和外壳四部分组成，具体结构如图2示。

图2 平板太阳能集热器的基本结构

2.2.2吸热板

吸热板式吸收太阳辐射能量并向集热

器工作介质传递热量的重要部件。可以采用铜材、铝合金、钢材、镀锌板和不锈钢材料作为吸热板的材料。吸热板的结构主要有管板式、扁合式、翼管式。太阳能吸收涂层可分为两大类：非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。

非选择性涂料：非选择性涂料有黑镍、黑铬和黑漆等，一般多用于常年环境温度较高的华南地区。选择性涂料：选择性吸收涂层可以用多种方法来制备，如喷涂方法、化学方法、电化学方法、真空蒸镀方法、磁控溅射方法等。

2.2.3玻璃盖板

玻璃盖板的作用是减小热损失。用于透明盖板的材料主要有两大类，平板玻璃和玻璃钢板，目前国内外使用更广泛的还是平板玻璃。

2.2.4保温层

保温层的作用是减少集热器向四周散热，以提高集热器的热效率。这就要求保温层的材料保温性能好，即导热率小，不吸水。一般保温层的厚度在3~5cm厚，四周的厚度为保温层的一半。常用保温材料有岩棉、矿棉、聚苯乙烯、聚氨酯等。

2.2.5外壳

外壳是集热器中保护及固定吸热板、透明盖板和隔热层的部件。一般材料有铝合金板、不锈钢板、碳钢板、塑料、玻璃钢等。为了提高外壳的密封性，有的产品已采用铝合金板一次模压成型工艺。

2.2.6工作原理

平板太阳能集热器的基本工作原理概括地说，阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用，如图3所示。

图3 太阳能平板集热器工作原理

2.3真空管型集热器

2.3.1全玻璃真空管的基本结构

全玻璃真空管由外玻璃管、内玻璃管、选择性吸收涂层、弹簧支架、消气剂等部分组成，其形状如图4所示。

图4 全玻璃真空管结构示意图

2.3.2工作原理

其工作原理是太阳光透过外玻璃管照

射到内管外表面吸热体上转换为热能，然后加热内玻璃管内的传热介质，由于夹层之间被抽成真空，有效降低了向周围环境散失的热损失，使集热效率得以提高。

2.3.3组成和特点

全玻璃真空管型太阳能集热器的组成：真空管、联箱、尾座、支架组成。分横管和竖管两种。

玻璃真空管集热器的特点：真空管内直接对水进行加热，吸热效率最高；寿命长；成本最低；适用范围广，可以在零下三十度的环境下正常运行。目前市面上的太阳能集中供水工程80%使用该系列产品。该系列产品对系统的设计、安装施工要求很高，如设计不当或安装不良会出现爆管现象。

2.4槽式集热器

槽式聚焦太阳能集热器作为中高温集

热器的一种,能够获得较高的集热温度,可

用于发电、制冷空调、采暖、海水淡化等生产和生活领域。传统槽式太阳能集热装置吸收器采用真空玻璃管结构,即内管采用金属管,管内走加热介质,金属管外涂覆选择性

吸收涂层,再外面为玻璃管,玻璃管与金属

管间抽真空以抑制对流和传导热损失。由于玻璃和金属封接膨胀系数不同,这种结构的